Untersuchung des Verhaltens von diskreten Solitonen in Wellenleiterarrays mit sättigbarer Nichtlinearität

• Antragsteller: Professor Dr. Detlef Kip
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5444714

• Erstellungsjahr: 2010

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Forschungsvorhaben haben wir die Existenz und Wechselwirkung von diskreten Solitonen in Wellenleiterarrays in Lithiumniobat-Einkristallen untersucht. Der in diesem Material wirksame photorefraktive Effekt stellt eine sättigbare Nichtlinearität dar; die benötigten Lichtintensitäten liegen im Bereich von Mikrowatt. In Analogie zu den in Volumenkristallen beobachteten nichtlinearen Wechselwirkungs- und Kopplungsszenarien räumlicher Solitonen (Vernichtung/Erzeugung von Solitonen, Abstoßung/Anziehung von Solitonen, Energietransfer usw.) in photorefraktiven Volumenkristallen und planaren Wellenleitern haben wir für sättigbare Nichtlinearitäten in Wellenleiterarrays ein ähnliches Spektrum an möglichen Wechselwirkungen beobachtet. Diese Prozesse können die Grundlage für rein optische Schalter und Router z.B. in der optischen Nachrichtentechnik liefern. Neben verschiedenen Arbeiten zur Existenz und den Eigenschaften verschiedener diskreter Solitonen (u.a. helle und dunkle Solitonen, Solitonen in verschiedenen Bändern, Vektorsolitonen, Solitonen höher Ordnung) in eindimensionalen photonischen Gittern haben wir uns auf die Untersuchung von Modulationsinstabilitäten ausgedehnter Lichtverteilungen konzentriert. Weiterhin haben wir uns auf die Untersuchung verschiedener Wechselwirkungen dieser lokalisierten Lichtwellen konzentriert; hierbei wurde auch die inkohärente Wechselwirkung gegenläufiger Wellen genutzt. Die Arbeiten haben sehr von nationalen, aber insbesondere auch internationalen Kooperationen profitiert. Eine sehr erfolgreiche Zusammenarbeit mit insgesamt 20 gemeinsamen Publikationen während der Projektlaufzeit gab es mit den Gruppen von F. Chen (China), D. Christodoulides (USA), Y. Kartashov (Spanien), M. Stepic (Serbien), V. Shandarov (Russland), R. Vicencio (Chile) und J. Xu (China).

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Discrete diffraction and spatial gap solitons in photovoltaic LiNbO3 waveguide arrays. Opt. Express 13, 4314 (2005)
  F. Chen, M. Stepic, C. E. Rüter, D. Runde, D. Kip, V. Shandarov, O. Manela, M. Segev
  
• Discrete diffraction and spatial selfaction of light beams in one-dimensional photonic lattices in lithium niobate. Techn. Phys. Lett. 31, 897 (2005)
  V. M. Shandarov, K. V. Shandarova, D. Kip
  
• Beam interactions in 1D saturable waveguide arrays. Phys. Rev. E 74, 046614 (2006)
  M. Stepic, E. Smirnov, C. E. Rüter, L. Prönneke, D. Kip, V. Shandarov
  
• Dark and bright blocker soliton interaction in defocusing waveguide arrays. Opt. Express 14, 11248 (2006)
  E. Smirnov, C. E. Rüter, M. Stepic, V. Shandarov, D. Kip
  
• Formation and light guiding properties of dark solitons in one-dimensional waveguide arrays. Phys. Rev. E 74, 065601(R) (2006)
  E. Smirnov, M. Stepic, C. E. Rüter, D. Kip, V. Shandarov
  
• Modulational instability in 1D saturable waveguide arrays: comparison with Kerr nonlinearity. Opt. Commun. 267, 229 (2006)
  M. Stepic, C. E. Rüter, D. Kip
  
• Observation of modulational instability in discrete media with self-defocusing nonlinearity. Opt. Lett. 31, 247 (2006)
  M. Stepic, C. Wirth, C. E. Rüter, D. Kip
  
• Observation of staggered surface solitary waves in 1D waveguide arrays. Opt. Lett. 31, 2338 (2006)
  E. Smirnov, M. Stepic, C. E. Rüter, D. Kip, V. Shandarov
  
• Optical channel waveguides in Nd:YVO4 crystal produced by O+ ion implantation. Appl. Phys. Lett. 88, 071123 (2006)
  F. Chen, L. Wang, Y. Jiang, X.-L. Wang, K.-M. Wang, G. Fu, Q.-M. Lu, C. E. Rüter, D. Kip
  
• Prism coupling method to excite and analyze FB modes in linear and nonlinear waveguide arrays. Opt. Lett. 31, 2768 (2006)
  C. E. Rüter, J. Wisniewski, D. Kip
  
• Higher-band modulational instability in photonic lattices. Opt. Express 15, 6320 (2007)
  C. E. Rüter, J. Wisniewski, D. Kip
  
• Interaction of counterpropagating discrete solitons in a nonlinear waveguide array. Opt. Lett. 32, 512 (2007)
  E. Smirnov, M. Stepic, C. E. Rüter, V. Shandarov, D. Kip
  
• Light propagation in single and double-periodic photonic lattices in lithium niobate. Appl. Phys. B 88, 359 (2007)
  E. Smirnov, C. E. Rüter, D. Kip, K. Shandarova, V. Shandarov
  
• Observation of higherorder solitons in one-dimensional waveguide arrays with defocusing saturable nonlinearity. Opt. Lett. 32, 1950 (2007)
  E. Smirnov, C. E. Rüter, D. Kip, Y. V. Kartashov, L. Torner
  
• Optical modes at the interface between two dissimilar discrete meta-materials. Opt. Express 15, 4663 (2007)
  S. Suntsov, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, G. I. Stegeman, R. Morandotti, M. Volatier, V. Aimez, R. Ares, C. E. Rüter, D. Kip
  
• Saturable discrete vector solitons in one-dimensional photonic lattices. Phys. Rev. A 76, 033816 (2007)
  R. A. Vicencio, E. Smirnov, C. E. Rüter, D. Kip, M. Stepic
  
• Tamm oscillations in nonlinear waveguide arrays. Opt. Lett. 32, 823 (2007)
  M. Stepic, E. Smirnov, C. E. Rüter, D. Kip, A. Maluckov, Lj. Hadzievski
  
• Formation of reconfigurable optical channel waveguides and beam splitters on top of protonimplanted lithium niobate crystals using spatial dark soliton-like structures. J. Phys. D 41, 102001 (2008)
  Y. Tan, F. Chen, X.-L. Wang. L. Wang, V. M. Shandarov, D. Kip
  
• Higher-band gap soliton formation in defocusing photonic lattices. Opt. Lett. 33, 2056 (2008)
  D. Kip, C. E. Rüter, R. Dong, Z. Wang, J. J. Xu
  
• Modulational instability and solitary waves in one-dimensional lattices with intensity-resonant nonlinearity. Phys. Rev. A 78, 043819 (2008)
  M. Stepic, A. Maluckov, M. Stojanovic, F. Chen, D. Kip
  
• Spatial frequency combs and supercontinuum generation in one-dimensional photonic lattices. Phys. Rev. Lett. 101, 183903 (2008)
  D. Rong, C. E. Rüter, D. Kip, C. Yang, J. Xu, O. Manela, M. Segev
  
• Spectroscopy of nonlinear band structures of one-dimensional photonic crystals. Phys. Rev. A 77, 013818 (2008)
  C. E. Rüter, D. Kip
  
• Discrete solitons in one-dimensional nonlinear waveguide arrays. In “Nonlinearities in Periodic Structures and Metamaterials”, Springer Series in Optical Sciences, edited by C. Denz, S. Flach, and Y. Kivshar, (Springer-Verlag, 2009)
  D. Kip, M. Stepic
  
• Gap and dark solitons in discrete photorefractive media with intensity-resonant nonlinearity. Appl. Phys. B 95, 525 (2009)
  M. Stepic, A. Maluckov, D. Kip
  
• Gap solitons in defocusing lithium niobate binary waveguide arrays fabricated by proton implantation and selective light illumination. Appl. Phys. B 95, 531 (2009)
  Y. Tan, F. Chen, P. P. Belicev, M. Stepic, A. Maluckov, C. E. Rüter, D. Kip